Linux内核:自己动手写一个GDB设置断点(原理篇)
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在《自己动手写一个GDB｜基础功能》中，我们探讨了使用ptrace()系统调用来实现一个简单进程追踪程序的方法。本文将深入探讨如何实现在GDB中设置断点的功能。断点是什么？当使用GDB调试程序时，若希望在程序执行至特定位置（某行代码）时暂停运行，即可通过在此位置设置断点来实现这一目的。当程序执行至断点位置时，将停止运行。此时，调试者能对进程进行各种调试操作，如查看进程堆栈信息或变量值等。
断点背后的原理与中断密切相关。中断是解决外部设备在完成特定任务后通知CPU的一种机制，如硬盘在完成读写后通过中断向CPU发出已结束信号。中断从物理角度看是一种电信号，由硬件设备产生并直接送入中断控制器（如8259A）的输入引脚，随后由中断控制器向处理器发送相应信号。处理器在接收到该信号后，停止当前任务转而执行中断服务例程。每个中断都通过一个唯一的数字标识，这些值称为中断请求线。
当进程在运行过程中遇到中断时，CPU会停止当前进程的执行，转而运行内核设置的中断服务例程。这为调试进程提供了机会，如打印变量值或堆栈信息。在中断原理基础上，本文将介绍如何利用软中断功能实现断点设置。软中断与硬中断类似，但其触发是通过特殊指令int3实现的，该指令的十六进制代码为0xcc。当CPU执行到int3指令时，会停止运行当前进程，并调用内核定义的int3中断处理例程（do_int3）。do_int3会向进程发送SIGTRAP信号，调试进程接收到该信号后停止执行，以便进行调试操作。
设置断点的目标是让进程暂停运行，从而实现调试。接下来，我们将讨论设置断点的具体方法。我们知道，当CPU遇到int3指令（0xcc）时会停止当前进程。因此，只需在需要设置断点的位置替换为int3指令即可。但设置时还需保存原指令，以便调试完成后恢复程序正常运行。
本文的实现步骤包括创建、启用、禁用和释放断点。首先，定义一个用于保存断点前信息的breakpoint_context结构体。接着，实现创建、启用、禁用和释放断点的辅助函数。创建断点时，通过malloc申请breakpoint_context结构，并设置地址和数据字段。启用断点涉及读取断点位置数据、保存到data字段，并将指令替换为int3。禁用断点则将指令替换回原值。释放断点仅需释放占用的内存。
总结，本文为断点设置的原理篇。下篇将介绍如何结合上述原理和辅助函数实现断点功能，敬请期待。原文链接：Linux内核：自己动手写一个GDB设置断点（原理篇） - Linux内核 - 我爱内核网。
